[发明专利]一种基于反步滑模控制的光伏并网逆变器的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，尤其是一种基于反步滑模控制的光伏并网逆变器的控制方法。

背景技术

目前，光伏并网其技术已趋于成熟，已经进入了推广使用阶段。同时，由于大量具有非线性和冲击性负载的应用（如家用电器等），其运行产生的谐波以及无功电流对电力系统公共电网造成的污染也日渐严重，因此，研究光伏并网逆变系统的控制策略也已成为目前国内外研究的热点之一。目前逆变器控制应用方案主要有双闭环控制、无差拍控制、重复控制等，上述技术方案虽然都对逆变器的性能有所改进，但也存在不同程度的问题。随着对非线性控制理论的深入研究，基于微分几何理论的精确线性化方法在逆变器的非线性控制中得到了广泛的应用，然而该方法是建立在受控对象为精确数学模型的基础之上，未考虑实际系统不确定性问题，因而鲁棒性不强，计算表达式复杂，工程实现较为困难。反馈无源化方法以系统能量角度，通过保持系统的无源性，使得系统内部稳定，在逆变器中也得到了一定应用。

现有的反馈无源化方法设计了光伏并网中三相逆变器的电流控制器，仿真和实验均验证了其有效性，但反馈无源化方法要求系统相对阶为1，限制了反馈无源化方法在逆变器中的应用范围。H_∞控制在抗干扰能力方面具有优越性能，作为一种经典的非线性控制方法在逆变器中也得了应用。还有文献利用H_∞控制理论设计了单相电压型逆变器的H_∞输出反馈控制器，但设计过程中需要求解Hamilton-Jaccohi-Issaes(HJD)不等式，目前对于HJD不等式没有一般的求解方法，获得准确的数值解则十分困难，往往需要一定的设计经验。由上述分析可知，目前提出的各种主流非线性控制方法在电力电子中的应用并不十分完善，依然有许多问题尚待解决。

1991年，美国控制学教授Kokotovic提出了一种全新的非线性控制方法即反步法，该方法可直接对非线性系统设计非线性控制器，不仅保留了一些有用的非线性项，而且相应Lyapunov函数和反馈控制律的设计都是构造性的，成为了非线性控制的一种有效的设计方法，由于设计过程简明，易为工程人员所接受，在许多领域中得到广泛的应用。有文献将反步法应用到三相电压型脉冲调宽调制逆变器中，设计了三相电压型脉宽调制逆变器的非线性反馈控制器，随后，将反步法应用到三相四桥臂逆变器控制中，设计了三相四桥臂逆变器的非线性反馈控制器。研究结果表明，使用反步法设计逆变器控制器，其控制性能明显优于传统的PI控制的控制效果。也有文献虽将反步法应用到逆变器系统中，但存在以下问题：1）逆变器数学模型均建立在精确模型基础上，未考虑系统实际系统中存在的参数不确定性问题；2）未考虑外界干扰对控制性能的影响，以上两个问题导致设计的控制器在实际应用中不具有很好的鲁棒性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理并且具有良好稳态和动态性能的基于反步滑模控制的光伏并网逆变器的控制方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于反步滑模控制的光伏并网逆变器的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、采集光伏侧母线直流电压U_dc，建立光伏并网单相电压型全桥逆变器数学模型；

步骤2、设定控制变量u_ac的跟踪误差，建立光伏并网单相电压型全桥逆变器的反步滑模控制模型；

步骤3、根据光伏并网单相电压型全桥逆变器的数学模型及光伏并网单相电压型全桥逆变器的反步滑模控制模型对单相光伏并网逆变器进行控制。

而且，所述光伏并网单相电压型全桥逆变器数学模型为：